一般回流曲線的設(shè)置方法講課教案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。一般回流曲線的設(shè)置方法-本文介紹對(duì)于回流焊接工藝的經(jīng)典的PCB溫度曲線作圖方法，分析了兩種最常見(jiàn)的回流焊接溫度曲線類(lèi)型：保溫型和帳篷型.。經(jīng)典印刷電路板(PCB)的溫度曲線(profile)作圖，涉及將PCB裝配上的熱電偶連接到數(shù)據(jù)記錄曲線儀上，并把整個(gè)裝配從回流焊接爐中通過(guò)。作溫度曲線有兩個(gè)主要的目的：1)為給定的PCB裝配確定正確的工藝設(shè)定，2)檢驗(yàn)工藝的連續(xù)性，以保證可重復(fù)的結(jié)果。通過(guò)觀察PCB在回流焊接爐中經(jīng)過(guò)的實(shí)際溫度(溫度曲線)，可以檢驗(yàn)和/或糾正爐的設(shè)定，以達(dá)到最終產(chǎn)品的最佳品質(zhì)。經(jīng)典的P

2、CB溫度曲線將保證最終PCB裝配的最佳的、持續(xù)的質(zhì)量，實(shí)際上降低PCB的報(bào)廢率，提高PCB的生產(chǎn)率和合格率，并且改善整體的獲利能力。一、回流工藝在回流工藝過(guò)程中，在爐子內(nèi)的加熱將裝配帶到適當(dāng)?shù)暮附訙囟?，而不損傷產(chǎn)品。為了檢驗(yàn)回流焊接工藝過(guò)程，人們使用一個(gè)作溫度曲線的設(shè)備來(lái)確定工藝設(shè)定。溫度曲線是每個(gè)傳感器在經(jīng)過(guò)加熱過(guò)程時(shí)的時(shí)間與溫度的可視數(shù)據(jù)集合。通過(guò)觀察這條曲線，你可以視覺(jué)上準(zhǔn)確地看出多少能量施加在產(chǎn)品上，能量施加哪里。溫度曲線允許操作員作適當(dāng)?shù)母淖?，以?xún)?yōu)化回流工藝過(guò)程。一個(gè)典型的溫度曲線包含幾個(gè)不同的階段-初試的升溫(ramp)、保溫(soak)、向回流形成峰值溫度(spiketorefl

3、ow)、回流(reflow)和產(chǎn)品的冷卻(cooling)。作為一般原則，所希望的溫度坡度是在24C范圍內(nèi)，以防止由于加熱或冷卻太快對(duì)板和/或元件所造成的損害。在產(chǎn)品的加熱期間，許多因素可能影響裝配的品質(zhì)。最初的升溫是當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入爐子時(shí)的一個(gè)快速的溫度上升。目的是要將錫膏帶到開(kāi)始焊錫激化所希望的保溫溫度。最理想的保溫溫度是剛好在錫膏材料的熔點(diǎn)之下-對(duì)于共晶焊錫為183C，保溫時(shí)間在3090秒之間。保溫區(qū)有兩個(gè)用途：1)將板、元件和材料帶到一個(gè)均勻的溫度，接近錫膏的熔點(diǎn)，允許較容易地轉(zhuǎn)變到回流區(qū)，2)激化裝配上的助焊劑。在保溫溫度，激化的助焊劑開(kāi)始清除焊盤(pán)與引腳的氧化物的過(guò)程，留下焊錫可以附著的清

4、潔表面。向回流形成峰值溫度是另一個(gè)轉(zhuǎn)變，在此期間，裝配的溫度上升到焊錫熔點(diǎn)之上，錫膏變成液態(tài)。一旦錫膏在熔點(diǎn)之上，裝配進(jìn)入回流區(qū)，通常叫做液態(tài)以上時(shí)間(TALtimeaboveliquidous)?；亓鲄^(qū)時(shí)爐子內(nèi)的關(guān)鍵階段，因?yàn)檠b配上的溫度梯度必須最小，TAL必須保持在錫膏制造商所規(guī)定的參數(shù)之內(nèi)。產(chǎn)品的峰值溫度也是在這個(gè)階段達(dá)到的-裝配達(dá)到爐內(nèi)的最高溫度。必須小心的是，不要超過(guò)板上任何溫度敏感元件的最高溫度和加熱速率。例如，一個(gè)典型的鉭電容具有的最高溫度為230C。理想地，裝配上所有的點(diǎn)應(yīng)該同時(shí)、同速率達(dá)到相同的峰值溫度，以保證所有零件在爐內(nèi)經(jīng)歷相同的環(huán)境。在回流區(qū)之后，產(chǎn)品冷卻，固化焊點(diǎn)，將

5、裝配為后面的工序準(zhǔn)備?？刂评鋮s速度也是關(guān)鍵的，冷卻太快可能損壞裝配，冷卻太慢將增加TAL，可能造成脆弱的焊點(diǎn)。在回流焊接工藝中使用兩種常見(jiàn)類(lèi)型的溫度曲線，它們通常叫做保溫型(soak)和帳篷型(tent)溫度曲線。在保溫型曲線中(圖一)，如前面所講到的，裝配在一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷相同的溫度。帳篷型溫度曲線(圖二)是一個(gè)連續(xù)的溫度上升，從裝配進(jìn)入爐子開(kāi)始，直到裝配達(dá)到所希望的峰值溫度。所希望的溫度曲線將基于裝配制造中使用的錫膏類(lèi)型而不同。取決于錫膏化學(xué)組成，制造商將建議最佳的溫度曲線，以達(dá)到最高的性能。溫度曲線的信息可以通過(guò)聯(lián)系錫膏制造商得到。最常見(jiàn)的配方類(lèi)型包括水溶性(OA)、松香適度激化型(RMA

6、rosinmildlyactivated)和免洗型(no-clean)錫膏。二、溫度曲線的機(jī)制經(jīng)典的PCB溫度曲線系統(tǒng)元件一個(gè)經(jīng)典的PCB溫度曲線系統(tǒng)由以下元件組成：數(shù)據(jù)收集曲線儀，它從爐子中間經(jīng)過(guò)，從PCB收集溫度信息。熱電偶，它附著在PCB上的關(guān)鍵元件，然后連接到隨行的曲線儀上。隔熱保護(hù)，它保護(hù)曲線儀被爐子加熱。軟件程序，它允許收集到的數(shù)據(jù)以一個(gè)格式觀看，迅速確定焊接結(jié)果和/或在失控惡劣影響最終PCB產(chǎn)品之前找到失控的趨勢(shì)。三、熱電偶(Thermalcouples)在電子工業(yè)中最常使用的是K型熱電偶。有各種技術(shù)將熱電偶附著于PCB的元件上。使用的方法決定于正在處理的PCB類(lèi)型，以及使用者的

7、偏愛(ài)。四、熱電偶附著高溫焊錫，它提供很強(qiáng)的連接到PCB。這個(gè)方法通常用于可以為作曲線和檢驗(yàn)工藝而犧牲一塊專(zhuān)門(mén)的參考板的運(yùn)作。應(yīng)該注意的是保證最小的錫量，以避免影響曲線。膠劑，可用來(lái)將熱電偶固定在PCB上。膠劑的使用通常得到熱電偶對(duì)裝配的剛性物理連接。缺點(diǎn)包括膠劑可能在加熱過(guò)程中失效的可能性、作完曲線后取下時(shí)在裝配上留下殘留物。還有，應(yīng)該注意使用最小的膠量，因?yàn)樵黾訜豳|(zhì)量可能影響溫度曲線的結(jié)果。開(kāi)普頓(Kapton)或鋁膠帶，它最容易使用，但是最不可靠的固定方法。使用膠帶作溫度曲線經(jīng)常顯示很參差不齊的曲線，因?yàn)闊犭娕歼B接點(diǎn)在加熱期間從接觸表面提起。容易使用和不留下影響裝配的殘留物，使得開(kāi)普頓或鋁

8、膠帶成為一個(gè)受歡迎的方法。壓力型熱電偶，夾持在線路板的邊緣，使用彈力將熱電偶連接點(diǎn)牢固地接觸固定到正在作溫度曲線的裝配上。壓力探頭快速、容易地使用，對(duì)PCB沒(méi)有破壞性。五、熱電偶的放置因?yàn)橐粋€(gè)裝配的外邊緣和角上比中心加熱更快，較大熱質(zhì)量的元件比較小熱質(zhì)量的元件加熱滿，所以至少推薦使用四個(gè)熱電偶的放置位置。一個(gè)熱電偶放在裝配的邊緣或角上，一個(gè)在小元件上，另一個(gè)在板的中心，第四個(gè)在較大質(zhì)量的元件上。另外還可以增加熱電偶在板上其它感興趣的零件上，或者溫度沖擊或溫度損傷最危險(xiǎn)的元件上。六、讀出與評(píng)估溫度曲線數(shù)據(jù)錫膏制造商一般對(duì)其錫膏配方專(zhuān)門(mén)有推薦的溫度曲線。應(yīng)該使用制造商的推薦來(lái)確定一個(gè)特定工藝的最佳

9、曲線，與實(shí)際的裝配結(jié)果進(jìn)行比較。然后可能采取步驟來(lái)改變機(jī)器設(shè)定，以達(dá)到特殊裝配的最佳結(jié)果。對(duì)于PCB裝配制造商，現(xiàn)在有新的工具，它使得為錫膏和回流爐的特定結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)曲線來(lái)得容易。一旦設(shè)計(jì)好以后，這個(gè)目標(biāo)曲線可以由機(jī)器操作員機(jī)遇這個(gè)專(zhuān)門(mén)的PCB裝配簡(jiǎn)單地調(diào)用，自動(dòng)地在回流焊接爐上運(yùn)行。七、何時(shí)作溫度曲線當(dāng)開(kāi)始一個(gè)新的裝配時(shí)，作溫度曲線是特別有用的。必須決定爐的設(shè)定，為高品質(zhì)的結(jié)果優(yōu)化工藝。作為一個(gè)診斷工具，曲線儀在幫助確定合格率差和/或返工高的過(guò)程中是無(wú)價(jià)的。作溫度曲線可以發(fā)現(xiàn)不適當(dāng)?shù)臓t子設(shè)定，或者保證對(duì)于裝配這些設(shè)定是適當(dāng)?shù)摹ＴS多公司或工廠在標(biāo)準(zhǔn)參考板上作溫度曲線，或者每天使用機(jī)器的品質(zhì)管理

10、曲線儀。一些工廠在每個(gè)班次的開(kāi)始作溫度曲線，以檢驗(yàn)爐子的運(yùn)行，在問(wèn)題發(fā)生前避免潛在的問(wèn)題。這些溫度曲線可以作為一個(gè)硬拷貝或通過(guò)電子格式存儲(chǔ)起來(lái)，并且可用作ISO計(jì)劃的一部分，或者用來(lái)進(jìn)行對(duì)整個(gè)時(shí)間上機(jī)器性能的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPCstatisticalprocesscontrol)的操作。用于作溫度曲線的裝配應(yīng)該小心處理。該裝配可能由于處理不當(dāng)或者重復(fù)暴露在回流溫度之下而降級(jí)。作曲線的板可能隨時(shí)間過(guò)去而脫層，熱電偶的附著可能松動(dòng)，這一點(diǎn)應(yīng)該預(yù)計(jì)到，并且在每一次運(yùn)行產(chǎn)生損害之前應(yīng)該檢查作曲線的設(shè)備。關(guān)鍵是要保證測(cè)量設(shè)備能夠得到精確的結(jié)果。八、經(jīng)典PCB溫度曲線與機(jī)器的品質(zhì)管理曲線雖然溫度曲線的最普遍類(lèi)型涉及使用一個(gè)運(yùn)行的曲線儀和熱電偶，來(lái)監(jiān)測(cè)PCB元件的溫度，作溫度曲線也用來(lái)保證回流焊接爐以最佳的設(shè)定連續(xù)地工作運(yùn)行?，F(xiàn)有各種內(nèi)置的機(jī)器溫度曲線儀，提供對(duì)關(guān)鍵回流爐參數(shù)的日常檢測(cè)，包括空氣溫度、熱流與傳送帶速度。這些儀器也提供機(jī)會(huì)，在失控因素影響最終PCB裝配質(zhì)量之前，迅速找到任何失控趨勢(shì)。九、總結(jié)做溫度曲